ЖК-дисплей режима синей фазы
ЖК -дисплей с режимом синей фазы — это технология жидкокристаллического дисплея используются сильно закрученные холестерические фазы (ЖК-дисплея), в которой в синей фазе . Впервые было предложено в 2007 году добиться лучшего отображения движущихся изображений, например, с частотой кадров 100–120 Гц, чтобы улучшить временной отклик ЖК-дисплеев. [1] Этот режим работы ЖК-дисплеев также не требует анизотропных ориентирующих слоев (например, натертого полиимида ) и, таким образом, теоретически упрощает процесс производства ЖК-дисплеев.
История
[ редактировать ]
В отчетах Рейнитцера от 1888 года о поведении при плавлении холестеринбензоата есть замечание, что вещество на короткое время становилось синим, поскольку при охлаждении оно превращалось из прозрачного в мутное. Этот тонкий эффект оставался неисследованным более 80 лет, пока в конце 1960-х и начале 1970-х годов не были опубликованы экспериментальные результаты, которые показали, что синий цвет обусловлен по крайней мере двумя новыми и очень разными жидкокристаллическими фазами . [2]
На протяжении почти 100 лет учёные предполагали, что наиболее стабильную холестерическую спиральную структуру можно описать единственной спиральной осью, вокруг которой вращается директор . Оказалось, что в новой структуре директор вращается по спирали вокруг любой оси, перпендикулярной прямой, как показано на рис. 1. Хотя на самом деле имеется неограниченное количество винтовых осей, эта структура получила название структуры двойной скрутки .
Эта структура с двойным скручиванием более стабильна, чем структура с одинарным скручиванием (т. е. нормальная спиральная структура хиральных нематиков ) только до определенного расстояния от линии в центре. Поскольку это расстояние порядка шага хирального нематического жидкого кристалла (обычно 100 нм) и поскольку геометрия обычных образцов жидкого кристалла намного больше, структура двойного скручивания возникает лишь изредка.
Голубые фазы представляют собой особый случай, когда структуры двойной скрутки заполняют большие объемы. Когда конструкции двойной скрутки ограничены во всех направлениях расстоянием от центральной линии, где угол скручивания составляет 45°, цилиндр двойной скрутки получается . Из-за своего малого радиуса такой цилиндр более устойчив, чем тот же объем, заполненный однозакрученным хиральным нематическим жидким кристаллом.
можно составить большую конструкцию Из этих цилиндров двойной скрутки , но дефекты в точках соприкосновения цилиндров возникают , как показано на рис. 5. [3] Эти дефекты встречаются на регулярных расстояниях и имеют тенденцию делать структуру менее стабильной, но она все же немного более стабильна, чем структура с одинарным твистом без дефектов, по крайней мере, в диапазоне температур примерно на 1 К ниже перехода от хиральной нематической фазы к изотропная жидкость.
Дефекты , возникающие на регулярных расстояниях в трех пространственных измерениях, образуют кубическую решетку , ту, которую мы знаем по твердым кристаллам. Таким образом, синие фазы образуются в результате регулярной трехмерной решетки дефектов внутри хирального жидкого кристалла. Поскольку расстояния между дефектами синей фазы находятся в диапазоне длин волн света (несколько сотен нанометров), для определенных диапазонов длин волн света, отраженного от решетки, возникает конструктивная интерференция ( брегговское отражение ), и синяя фаза отражает цветной свет. (обратите внимание, что только некоторые из синих фаз на самом деле отражают синий свет). [4]
Широкий температурный диапазон синих фаз
[ редактировать ]В 2005 году исследователи из Центра молекулярных материалов для фотоники и электроники Кембриджского университета сообщили об открытии класса жидких кристаллов с синей фазой, которые остаются стабильными в диапазоне температур от 16 до 60 °C. [5] Исследователи показали, что их ультрастабильные синие фазы можно использовать для переключения цвета отраженного света путем приложения к материалу электрического поля, и что в конечном итоге это можно использовать для создания трехцветных (красный, зеленый и синий) пикселей для полноцветные дисплеи. [6] Новые синие фазы состоят из молекул, в которых два жестких стержнеобразных сегмента соединены гибкой цепью и, как полагают, стабилизируются за счет флексоэлектричества. [7]
Кроме того, электрооптическая коммутация со временем отклика порядка 10 −4 s для стабилизированных синих фаз при комнатной температуре. [8]
Кристаллы синей фазы считаются трехмерными фотонными кристаллами , поскольку они обладают периодической кубической структурой в нанометровом диапазоне с избирательной запрещенной зоной в видимых длинах волн. Однако при стандартном производстве кристаллов синей фазы получаются поликристаллические образцы, размер монокристаллов которых находится в диапазоне микрометров. Недавно синие фазы, полученные в виде идеальных трехмерных фотонных кристаллов в больших объемах, были стабилизированы с помощью контролируемой ориентации кристаллической решетки. [9]
Электрооптическое переключение монокристаллических синих фаз демонстрирует повышенную модуляцию и меньшее рассеяние, чем в поликристаллических образцах. [10]
ЖК-дисплей первой синей фазы
[ редактировать ]В мае 2008 года компания Samsung Electronics объявила о разработке первой в мире ЖК-панели Blue Phase , которая может работать с беспрецедентной частотой обновления 240 Гц. Компания Samsung представила 15-дюймовый прототип своей ЖК-панели Blue Phase на международном симпозиуме, семинаре и выставке SID ( Society for Information Display ) 2008, который проходил в Лос-Анджелесе с 18 по 23 мая 2008 года. [11]
Разработанный с учетом экономической эффективности, режим Blue Phase от Samsung не требует слоев выравнивания жидких кристаллов, в отличие от наиболее широко используемых сегодня режимов TFT-ЖК-дисплеев , таких как Twisted Nematic (TN), плоскостное переключение (IPS) или вертикальное выравнивание (VA). . В режиме «Синяя фаза» можно создавать собственные выравнивающие слои, что устраняет необходимость в каких-либо процессах механического выравнивания и трения. Это уменьшает количество необходимых производственных этапов, что приводит к экономии производственных затрат. Кроме того, утверждалось, что панели Blue Phase уменьшают чувствительность слоя жидких кристаллов к механическому давлению, что может ухудшить поперечную однородность отображения (например, яркость , цветность).
В жидкокристаллическом дисплее на основе синей фазы для телевизионных применений не избирательное отражение света в соответствии с шагом решетки ( брэгговское отражение для отображения визуальной информации используется ), а внешнее электрическое поле, индуцирующее двойное лучепреломление в жидком кристалле посредством эффект Керра . [12] Это индуцированное полем двойное лучепреломление становится очевидным как изменение пропускания, когда слой ЖК с синей фазой помещается между скрещенными поляризаторами .
Подробное обсуждение ЖК синей фазы в структурах с плоскостным переключением (IPS) и связанного с ним метода моделирования, основанного на эффекте Керра в макроскопическом масштабе, см. В ссылках. [13] [14] В изотропном темном состоянии ЖК-дисплеи с синей фазой демонстрируют множество интересных электрооптических характеристик. В настоящее время напряжение возбуждения синих фазовых ЖК в IPS-структурах все еще слишком велико. Для снижения напряжения решающее значение имеет материаловедение для разработки смесей с высокой константой Керра. [15] Более того, дизайн устройства также является эффективным способом. При правильном проектировании структуры устройства управляющее напряжение может быть значительно снижено. [16]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кикучи, Хироцугу; Хигучи, Хироки; Хасеба, Ясухиро; Ивата, Такаши (2007). «Быстрое электрооптическое переключение в стабилизированных полимером жидкокристаллических синих фазах для дисплеев». Сборник технических документов симпозиума SID . 38 (1). Уайли: 1737–1740 гг. дои : 10.1889/1.2785662 . ISSN 0097-966X . S2CID 136035580 .
- ^ Тимоти Дж. Слукин, Дэвид А. Данмур, Хорст Стегемейер: Текущие кристаллы - классические статьи по истории жидких кристаллов, серия «Жидкие кристаллы», Тейлор и ФрэнсисЛондон 2004, ISBN 0-415-25789-1
- ^ Лаврентович, О.Д.; Клеман, М. (2001). «Холестерические жидкие кристаллы: дефекты и топология». Хиральность в жидких кристаллах . Нью-Йорк: Springer-Verlag. стр. 115–158. дои : 10.1007/0-387-21642-1_5 . ISBN 0-387-98679-0 .
- ^ Питер Дж. Коллингс, Жидкие кристаллы - деликатная фаза материи в природе, Адам Хилгер, Бристоль, 1990
- ^ Коулз, Гарри Дж.; Пивненко, Михаил Н. (2005). «Жидкокристаллические «голубые фазы» с широким температурным диапазоном». Природа . 436 (7053). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 997–1000. дои : 10.1038/nature03932 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 16107843 . S2CID 4307675 .
- ^ Ямамото, Джун; Нисияма, Иса; Иноуэ, Миёси; Ёкояма, Хироши (2005). «Оптическая изотропия и иризация в смектической «голубой фазе» ». Природа . 437 (7058). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 525–528. дои : 10.1038/nature04034 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 16177785 . S2CID 4432184 .
- ^ Каслс, Ф.; Моррис, С.М.; Терентьев Е.М.; Коулз, HJ (13 апреля 2010 г.). «Термодинамически стабильные синие фазы». Письма о физических отзывах . 104 (15): 157801. arXiv : 1101.5588 . дои : 10.1103/physrevlett.104.157801 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20482018 . S2CID 4665796 .
- ^ Кикучи, Хироцугу; Ёкота, Масаюки; Хисакадо, Ёсиаки; Ян, Хуай; Кадзияма, Тисато (2002). «Полимер-стабилизированные жидкокристаллические синие фазы». Природные материалы . 1 (1). Спрингер Природа: 64–68. дои : 10.1038/nmat712 . ISSN 1476-1122 . ПМИД 12618852 . S2CID 31419926 .
- ^ Отон, Ева; Ёсида, Хироюки; Моравяк, Пшемыслав; Ты настороже, Ольга; Кула, Пшемыслав; Одзаки, Масанори; Пецек, Виктор (23 июня 2020 г.). «Контроль ориентации идеальных фотонных кристаллов синей фазы» . Научные отчеты . 10 (1): 10148. doi : 10.1038/s41598-020-67083-6 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 7311397 . ПМИД 32576875 .
- ^ Отон, Э.; Неттер, Э.; Накано, Т.; Д.-Катаяма, Ю.; Иноуэ, Ф. (апрель 2017 г.). «Монодоменные жидкокристаллические слои синей фазы для фазовой модуляции» . Научные отчеты . 7 (1): 44575. дои : 10.1038/srep44575 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5345094 . ПМИД 28281691 .
- ^ Samsung разрабатывает первую в мире технологию «синей фазы», позволяющую достичь скорости движения 240 Гц для высокоскоростного видео (дата доступа: 23 апреля 2009 г.)
- ^ Хасеба, Ясухиро; Кикучи, Хироцугу (2006). «Электрооптические эффекты оптически изотропного состояния, вызванные инкорпоративными эффектами полимерной сетки и киральности жидкого кристалла». Журнал Общества отображения информации . 14 (6). Уайли: 551–556. дои : 10.1889/1.2210806 . ISSN 1071-0922 . S2CID 62135317 .
- ^ Ге, Чжибин; Гауза, Себастьян; Цзяо, Мэйзи; Сяньюй, Хайцин; Ву, Шин-Цон (9 марта 2009 г.). «Электрооптика жидкокристаллических дисплеев с синей фазой, стабилизированных полимером» . Письма по прикладной физике . 94 (10). Издательство AIP: 101104. doi : 10.1063/1.3097355 . ISSN 0003-6951 . Архивировано из оригинала 13 июля 2012 г. Проверено 5 декабря 2019 г.
- ^ Ге, Чжибин; Рао, Линхуэй; Гауза, Себастьян; Ву, Шин-Цон (2009). «Моделирование жидкокристаллических дисплеев синей фазы». Журнал технологий отображения . 5 (7). Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 250–256. дои : 10.1109/jdt.2009.2022849 . ISSN 1551-319Х . S2CID 2643470 .
- ^ Рао, Линхуэй; Ян, Джин; Ву, Шин-Цон; Ямамото, Синъити; Хасеба, Ясухиро (21 февраля 2011 г.). «Большой жидкий кристалл синей фазы, стабилизированный полимером с постоянной Керра» . Письма по прикладной физике . 98 (8). Издательство AIP: 081109. doi : 10.1063/1.3559614 . ISSN 0003-6951 . S2CID 120451019 . Архивировано из оригинала 3 июля 2013 г. Проверено 5 декабря 2019 г.
- ^ Рао, Линхуэй; Ге, Чжибин; Ву, Шин-Цон; Ли, Сын Хи (07 декабря 2009 г.). «Низковольтные жидкокристаллические дисплеи с синей фазой» . Письма по прикладной физике . 95 (23). Издательство AIP: 231101. doi : 10.1063/1.3271771 . ISSN 0003-6951 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- О. Д. Лаврентович, М. Клеман : Дефекты и топология холестерических жидких кристаллов» в «Хиральность в жидких кристаллах, 5», Springer Verlag: Нью-Йорк (2001), отрывок доступен здесь .
См. стр. 124, рис. 5.4 для получения подробной информации о дисклинации, образующейся в косынке (т. е. треугольной области, где соприкасаются три цилиндра двойной крутки).